產品介紹

• Simcenter STAR-CCM

是一個多物理場解決方案，可對真實條件下工作的產品和設計進行仿真。 其獨特之處在于，Simcenter STAR-CCM+給每位工程師的仿真工具包帶來了自動化設計探索和優化，讓其可以高效地探索整個設計空間，而不是將注意力集中在單點設計場景上。使用 Simcenter STAR-CCM+ 引導您的設計流程，從中獲得的額外見解，最終將會打造出遠超客戶期望且更加富有創新性的產品。

為了準確地預測您的產品的實際性能，您需要這樣的仿真工具：它們能夠捕捉在產品使用壽命期內將會影響其性能的所有物理場，包括那些橫跨傳統工程學科邊界的物理場。

為了改進您的產品，您需要能夠預測當對參數化設計做出多項更改時，性能將會如何變化。

• 不只是模擬，我們還在創新！

為了設計出更好的產品，工程師們需要預測設計變化對產品實際性能產生的影響，無論是正面還是負面的影響。以往的預測通常以人工計算或物理原型的實驗測試為基礎。利用工程模擬可以進行更為全面的預測，與實驗測試相比，其預測準確度更高并且成本有所降低。
通過有效整合、多次迭代以改進設計。進而提升產品質量和穩定性，以便更好地滿足顧客預期。與其他方式不同，工程模擬還能夠研究產品在使用壽命內可能面臨的各種工作條件下的性能，而不僅僅是在一些精心選擇的“設計點”狀態下的性能。但是，并非所有的工程模擬工具都具有同等功效。
為持續提供相關工程數據流，仿真軟件必須具備以下特點：
  
• 多學科

解決復雜的工業難題要求仿真工具能夠覆蓋多種物理現象和工程學科。
現實中的工程難題不會為了人們的方便而自動分割成“空氣動力學”、“流體力學”、“熱傳遞”和“固體力學”等學科。
只有多學科工程模擬技術能準確捕捉影響產品實際性能的相關物理現象和過程，并能通過一系列設計配置和運行方案自動運行虛擬產品。
通過最大程度降低不確定性，工程師得以確保其設計產品的預期性能與產品實際性能相符。

• 時效性

無論多么“真實”，如果仿真對產品的最終設計沒有絲毫影響，那么其提供的數據也毫無用處。若要有效發揮仿真技術在工程設計中的作用，每次必須及時做出預測。延遲交付仿真結果無異于沒有結果。
理想情況下，仿真應當持續提供數據流，作為指導設計和設計決策的依據。
只有在穩定、自動的仿真過程中才能實現這一點。一旦工程師投資創建多學科仿真模型，便可方便地對該模型進行再次整合以研究各種設計配置和運行方案，且工程師只需做少量或無需進行手動操作。

• 價格合理

高效利用工程模擬能持續獲得高投資回報率。它減少的開發成本和增加的產品收入要遠超其實施成本。
但是，在傳統工程模擬許可計劃下，將實驗人員思維模式從“只測試幾個設計點”轉變為“研究整個設計空間”需要高昂的成本。這是因為多數工程模擬軟件供應商以“越用越虧”的過時范例為基礎來構建許可模型，按內核收費而不是按仿真收費，使得客戶在仿真中可使用的許可成本和最大內核數量之間形成近似線性的關系。
創新的許可計劃，如 Power Sessions（以固定價格提供無限制內核）、Power-on-Demand（幫您實現云端操作）和 Power Tokens（給您帶來前所未有的靈活性并促進設計探索）讓工程模擬的使用變得更經濟。
  
• 專家支持

現代工程設計的一個令人頭疼的事實就是需要解決的遺留問題都不容易。只做“少量 CFD”或者“一些應力分析”已遠遠無法滿足工業需求。為了設計出真正創新的產品，工程師們經常“挑戰不可能”。
有時單靠個人難以達成目標，通常還需要工程師專業知識領域外的能力。為了獲得成功，工程師應能夠隨時與仿真專家團接觸，最好是與專屬技術支持工程師建立聯系，他不僅了解工程師的難題，還能隨時獲得對口支援專家的幫助。

地面交通多學科仿真

• Discover Better Designs, Faster.

在不斷變化的客戶期望和更嚴苛的排放法規這兩項要求的驅動下，全球汽車業開始競相推出能提供出色駕駛體驗的可持續環保汽車。

汽車工業面臨的危機：傳統設計方法無法改善性能

• 汽車制造商轉向模擬仿真技術以實現可持續性目標

汽車制造商在提供更經濟、更高效的汽車方面所承受的壓力每年都在加劇。對全球污染問題的關注帶來了更嚴苛的法規要求，以便進一步減少汽車排放，提高燃油效率。因此，制造商必須快速持續地做出響應，不同的地理區域之間存在顯著的差異。
隨著法規條例的變化，汽車和發動機設計師的負擔與日俱增。這些變化包括減輕車輛自重，減小發動機尺寸，改進空氣動力學性能，以及減少部件和發動機的摩擦損失。除了這些法規條例的變化，市場還對輸出功率提出了更高的要求。設計具有更高輸出功率和更低重量的發動機是一項艱巨的工程挑戰。
 
• 通過模擬推動產品創新

模擬是應對這些挑戰的關鍵。 從空氣動力學到聲學，從進油到廢氣后處理，汽車工程師已率先使用模擬仿真技術執行比任何其他行業都要復雜和真實的模擬。除了用于結構試驗的有限元分析外，工程師還可利用流體動力學檢查發動機周圍的機油、空氣或冷卻液的流動，或進行燃燒循環分析以評估燃料的燃燒特性。

但即使在這種最先進領域內，汽車制造商使用模擬仿真軟件的方式也在迅速演變。
“最初，我們主要處理應力分析，比如運行期間的進氣/排氣閥壓力，”已從事 30 年汽車CFD模擬工作的行業專家 Fred Ross 說到道， “C“20 年前，空氣流和冷卻液流的計算流體動力學（CFD）也加入了模擬仿真的大家庭，用于研究進入燃燒室氣流以及氣缸周圍冷卻液流的路徑。 今天，我們開始研究整個汽車部件系統的模擬，包括單一模擬中的應力、熱量和流動。識別熱應力非常重要，模擬有助于確定發動機結構內部可能發生的潛在裂紋，并相應地引導設計的修正。通常，最壞的熱應力發生在非標準操作條件下，因此我們的模擬工具需要考慮所有可能的應用情景。”

• 更快更優設計

使用模擬軟件的初衷并沒有改變，但它卻節省了大量的時間和成本。
“我們的客戶，比如通用、捷豹和大眾，” Ross 補充道，“正向虛擬原型過渡，以數字模擬替代昂貴的物理原型，這在節省成本方面有著巨大的優勢，同時虛擬原型可在設計流程的早期階段進行部署，有助于 OEM 廠商提前識別并糾正潛在的問題。例如，模擬可以幫助他們預測發動機在各種運行工況（如坡道駕駛或拖車牽引）下的性能。使用模擬技術還可以對發動機在復雜循環工況（如走走停停的城市道路駕駛）下的性能進行建模。”

 

STAR-CCM+ 和 STAR-CD 是汽車行業應用最廣泛的多學科模擬仿真工具，15 家大型汽車 OEM 廠商中有 14 家正在使用。

• 案例研究  Share this Chapter 
 
不只是模擬，我們還在重點在創新！
了解我公司客戶如何使用我們的產品改善設計并在創新競爭中保持領先。

• 梅賽德斯奔馳為VTM采用“數字孿生模型”“數字仿真模型”

梅賽德斯奔馳從汽車研發的初期階段開始模擬汽車的完整熱性能，以便提供更多設計變體，從而減少原型試驗。

• JLR利用STAR-CCM+對汽車涉水試驗進行創新

捷豹路虎利用STAR-CCM+研究出一種汽車涉水試驗的革命性方法，為早期檢測故障，降低測試成本，減少程序延遲和提高涉水能力打開了大門。

• 川崎重工在Ninja H2設計中采用“數字孿生仿真模型

自動化的STAR-CCM+設計探索在短時間內將發動機通風性能提高了40%。

海洋船舶行業多學

• 更快發現更優設計

日益嚴苛的排放標準和規范正迫使船企造船商對船舶性能各方面進行改善。
STAR-CCM+ 可對實際運行工況下的船舶進行實尺度足尺 CFD 模擬，在賦予設計師創新能力的同時也打開了獲得更高效和更優設計的大門。

• 產品速覽

促進性能提升
了解多學科模擬仿真和設計開發如何幫助解決海洋船舶行業業必將面臨的最嚴峻挑戰。
STAR-CCM+ 可對實際運行工況下的船舶進行實尺度足尺 CFD 模擬，在賦予設計師創新能力的同時也打開了獲得更高效和更優設計的大門。

海洋船舶行業面臨的危機危及： 傳統設計方法無法改善性能
海洋船舶行業轉向模擬仿真技術以應對 21 世紀的挑戰

海運是全球貨物運輸的最主要途徑，但該行業從未遇到過今天所面臨的兩個主要挑戰：前所未有的人口增長速度以及旨在應對氣候變化的嚴苛法規。 

Ba根據預計的人口規模，到 2020 年之前貿易需求預計將從目前的 90 億噸增至 125 億噸，而到 2030 年之前將增至 190 億。與此同時，將有一系列新的法規在未來五年內生效，特別是針對船舶影響環境足跡的新法規。

因此，海洋船舶行業被賦予了一項艱巨的任務，那就是提高生產力（更多的船只，更大的裝載量）的同時大幅降低對環境的影響（減少排放，提高效率）。 

傳統的“設計-測試-建造”方法中，船體使用簡化的勢流'
潛流模擬工具進行設計，并通過縮小放大的物理模型在拖曳水池中進行試驗，因此無法準確地提供實現長期環境目標所需的性能改進。
此外，這些方法還無法精確預測船舶在真實操作條件下的性能表現，比如在實際海況大浪中的自推進力自航操縱。
 
• “自由創新” 

對此的解決辦法是快速而廣泛的采用模擬仿真技術，如計算流體動力學（CFD），有限元分析（FEA）以及多學科設計開發（MDX）以促進性能改進。

結合專為傳統造船工程師設計的船體性能預測（EHP）界面，
STAR-CCM+ 可以提供像其他運輸行業一樣的創新自由度，即：
    設計師不受限于模型放大的需求
    可自由驗證新的理念以實現或超越監管目標（MDX）
    理念和解決方案可在實際的操作條件下進行驗證
    同樣的方法可應用于初步設計和詳細設計優化
    同樣的方法可應用于系統和部件級別
    通過集成仿真環境和 JAVA 腳本，輕松設置過程自動化
 
隨著迫使行業過渡轉型的嚴苛法規的出臺，復雜模擬和優化技術（如 HEEDS）的出現，以及不斷提高的計算能力，
剩下唯一的阻礙便是仍深深根植于海洋船舶業思維模式中的傳統設計方法。

• 更快更優設計

來自美國船級社的 Dr. Richard Korpus 接受訪問時表示： “100 多年來，設計師始終使用演進方法（每次設計做出微小改進）建造船舶。
在最近幾年，CFD 提供了一項開創性技術來實現革命性方法——每代設計實現真正優化。”. 
STAR-CCM+ 擁有強大的功能，可以自動化模擬過程并使其與現代技術一樣有效，船舶設計師終于能夠推出新穎有效的設計解決方案，從而跟上市場快速發展的腳步。

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不只是模擬，我們還在創新！
了解我公司客戶如何使用我們的產品改善設計并在創新競爭中保持領先。

• DNV GL通過優化船體的流體力學設計，每年為APL節省三千萬美元燃料費

“CFD就像個虛擬的拖曳水池。 “我們可以根據需要做出許多修改，并可立 即看到修改對其他設計區域造成的影響。”- DNV-GL 總裁Tor Svenson
”我們的目標是將整體效率提升30%。不過，我們已經將其提升了36%。"- APL董事Shan U Thayil

• 幫助Land Rover BAR贏得獎杯

”我們在設計之初便使用STAR-CCM+模擬帆船的性能，這讓我們有機會考慮空氣動力學和流體動力學的綜合影響，并在盡可能短的時間內設計出最快的帆船。
帆船競賽大都以微弱的差距決定比賽的勝負，我認為STAR-CCM+在設計一艘競賽帆船上為我們提供了一個關鍵的競爭優勢。"- Land Rover BAR首席技術官Andy Claughton

• Becker Mewis Duct保證六周內節省4.5%以上的燃油，每年為一艘普通大型輪船節省50萬美元

"Becker Mewis Duct@的成功幾乎全部依靠CFD流程。沒有精確的CFD,我們就無法根據各船體周圍具體的流動狀況調整各管道優化節能導管。”- IBMV研發負責人Steve Leonard

• ABS同時優化船體性能、推進效率和發動機性能

"100多年來，船舶設計師始終使用演進方法(每次設計做出微小改進)建造船舶。在最近幾年，CFD提供了一項開創性技術來實現革命性方法一每代設計實現真 正優化。”- 美國船級社首席技術官Richard Korpus

能源和電力模擬仿真系統

• 更快發現更優設計

工業機械制造商一方面需要滿足對經濟適用能源日益增長的需求，另一方面需要遵守更嚴格的政府法規，為此他們不得不面臨雙重挑戰。
幸而，他們可以依靠 STAR-CCM+ 和設計探索開發出性能更好、更高效和更耐用的產品。

• 深入探究  Share this Chapter 
 
• 能源與電力機械的加速創新需求刺激了多學科模擬的發展

成本高昂的物理試驗和過度簡化的計算促使了高保真多學科模擬仿真技術的崛起，用以提高機器效率和可靠性并減少排放。
隨著全球對能源的需求不斷增加，各國開始尋求自己獨特的能源組合，對化石燃料、核能和可再生能源進行合理搭配。 共同目標：生產充足的能源同時取得環境可持續性、技術可行性和經濟可行性之間的平衡。 尋找這樣的折中方案是能源和電力設備制造商創新的主要推動力。

 
• 更快更優設計

我們在能源和電力行業的客戶通常表示，他們希望發電機械設備擁有最高的效率，因為即使是效率的小幅提升也會為制造商、制造商的客戶以及全球的能源消費者帶來巨大的經濟效益。
 此外，他們還希望機械設備能具備最大的可靠性、耐用性、安全性和燃料靈活性，同時還能保證最少的排放、振動、熱點和噪聲。
但問題是，為了開發性能更好的機械設備，幾乎總是要權衡取舍。 比如，更高的運行溫度（可提高部分發電裝置的效率如燃氣輪機）通常與更高的排放（NOx 氮氧化物）直接相關。 

搭配 Optimate+ 或 HEEDS 工具模塊的 STAR-CCM+ 可以幫助能源和電力工程師平衡這些目標，并通過提供以下功能確定可接受的折衷方案并更快發現更優的設計：
    更優的過程自動化 通過對包含復雜 3D CAD 幾何圖形的真實系統進行強大的網格劃分，高效地預測多個設計變體的性能表現
    快速模擬輸出 基于高效的瞬態計算，出色的方案擴展、高效的許可以及對異構計算環境的有效管理
    更高保真度的模擬 比如涉及多相流、燃燒、諧波平衡或流體和固體間耦合或共軛傳熱（CHT）集成計算的模擬
    更智能的設計探索 通過自動化的全局和本地搜索
    完整的靈敏度和穩健性評估
  
能源與電力行業中的部分 CFD 應用

• 渦輪機械和旋轉系統

包括燃氣輪機、蒸汽輪機、水力渦輪機、潮汐渦輪機、水泵、壓縮機、風扇和風機、風力渦輪機等。
在水泵和水力渦輪機應用中，STAR-CCM+ 可精確預測壓力（壓頭），特別是凈正吸入壓頭（NPSH）以及流動分離和再循環、空化與空蝕。
在燃氣輪機中，葉片冷卻是提高效率同時保持可靠性和使用壽命的設計要點。

• 燃燒與加熱/冷卻

包括燃燒器、熔爐、燃氣輪機燃燒室、鍋爐、窯爐、流化床、燃氣熱水器、液冷或空冷換熱器（或空冷器）以及熱回收蒸汽發生器（HRSG）等。
對于這些系統，STAR-CCM+ 可預測燃燒效率、燃料混合效率/均勻性、火焰穩定性、最高溫度、溫度均勻性、熱/冷流體混合、空氣/燃料混合、燃燒完全性以及 CO 和 NOx 排放。

 
• 輔助系統和電廠輔助設施（BOP）

 
包括煤處理和分離裝置（例如粉碎機、分級器、旋風分離器）、過濾器如袋濾室、入口和出口/排氣、擴散器、管道和轉向葉片、減排裝置如 SCR、消音器和其他降噪裝置等等。
對于這些系統，STAR-CCM+ 可用于克服與流動均勻性、壓力損失、過量噪聲或分離器效率相關的挑戰。

• 發電機與變壓器

對于這些系統，STAR-CCM+ 可幫助設計有效的熱管理策略，防止過熱現象出現。
  
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• B&B-AGEMA使用STAR-CCM+和HEEDS為川崎重工提供其下一代燃氣輪機的葉片冷卻技術

"STAR- CCM+的自動化水平高、網格劃分功能強大、解決方案精確度高，是快速準確模擬共軛傳熱的最佳商業化CAE工具。” Rene Braun, B&B AGEMA

生命科學多學科模擬仿真

• 更快發現更優設計

日益嚴苛的排放標準正迫使造船商對船舶性能各方面進行改善。 
STAR-CCM+ 可對實際運行工況下的船舶進行足尺 CFD 模擬，在賦予設計師創新能力的同時也打開了獲得更高效和更優設計的大門。

• 實現生命科 學創新

了解多科學模擬和設計開發的空間探索突破性的能力如何改變生命科學的面貌。
我們的創新性的生產力工具和有效的解決方案專為生物醫學和制藥工程師量身打造，讓他們能夠輕松地發現更好的藥物，設計出高品質的產品，同時顯著改善患者預后結果病情。

 
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利用數值模擬促進醫藥創新
STAR-CCM+ 為生命科學行業帶來了前所未有的靈活性和見解。
近年來，美國食品和藥物管理局（FDA）開始逐步認可基于模擬的產品開發和虛擬原型設計的有效性，作為對實驗測試與臨床試驗的補充，加快監管部門批準。
這有助于將模擬應用整合至重新設計流程的早期階段，為實現投資回報率的最大化提供了最好的機會。 
然而，隨著模擬技術的進步以及監管機構的認同和支持，最重要的組成部分即專業知識和人力資源必須來自客戶。
 
領先的醫療設備設計和制藥公司已經意識到，投資在招聘和技術等方面起著至關重要的作用。 
他們已經開始將模擬集成至臨床試驗研究中，并利用模擬對制造流程進行現代化改造。 
他們還與汽車和化工行業內經驗豐富的終端用戶接觸，以幫助大型制藥公司進行檢修工藝設計，并在醫療設備制造企業內部集成新的設計和試驗模式。

• 更快更優設計

通過 STAR-CCM+，虛擬生物和制藥試驗室共同愿景成為現實。 我們不斷提供最先進的技術和自動化工作流，幫助縮小實驗、桌面試驗、臨床試驗和工程設計之間的差距。 
如今，我們的產品讓我們的客戶能夠研究異常復雜的物理問題和幾何圖形，應用范圍從醫療設備設計延伸至制藥工藝。

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不只是模擬，我們還在創新！
了解我公司客戶如何使用我們的產品改進生物醫學產品、制藥工藝和患者診斷。

• 帝國理工學院使用STAR-CCM+為大眾帶來更安全更經濟的血液透析

"STAR-CCM+在我們的研究中發揮了關鍵作用，使我們能夠更好地了解動靜脈瘺內的流動物理學，并幫助我們改善其設計和功能。”- Dr. Peter Vincent,倫敦帝國理工學院

• 值得欣慰的成就: STAR-CCM+ 幫助提高植牙的成功率

”牙科已有幾百年的歷史，是藝術與科學的完美融合。植牙需要牙醫具備更豐富的專業知識才能成功完成。STAR-CCM+ 是一款有效的模擬工具，
可以預測牙種植體的性能從而以前所未有的方式對牙齒系統進行評估。STAR-CCM+ 能夠創造無限的可能!”- Dr Chandur Wadhwani,華盛頓大學

• STAR-CCM+確保疫苗生產工藝的安全性

"Creaform在其軟件組合中使用STAR-CCM+,因為它可以快速處理任何幾何圖形，包括原始掃描圖片。我們的專家會處理掃描圖片和其他可用數據，
以數值方法重構幾何圖形，之后再執行CFD仿真操作，從而減少了成本和中間環節。”- Philippe B. Vincent & Francois Turgeon, Creaform

• “通過在STAR-CCM+中使用設計參數，可執行設計開發和優化，從而在第一次設計迭代中便生產出具備所需性能的原型。

Manilka Abeysurya & Richard Wheatley, Pera Technology Ltd.

• 優化制藥行業的片劑制藥工藝

在當今激烈的競爭格局下，固體片劑的生產必須注重提高生產工藝的質量和效率。STAR-CCM+ 可通過使用多物理場仿真的
快速原型設計和優化實現這一點。